ミシガン州のメーカーが沈没したベトナム巡視船を復元、退役軍人を讃える

鋳造と機械加工のコラボレーションにより、ベトナム時代の巡視船の失われた部品を再設計

マスキーゴンに本拠を置くメーカー、イーグル CNC とイーグル アロイは、ベトナム時代の巡視船の主要コンポーネントを鋼鋳物として複製することに着手し、その能力をテストしました。キャスティングを担当したチームにとって、このプロジェクトはボートを修理するだけではありません。それは歴史を保存し、奉仕し犠牲を払った人々の遺産を尊重し、彼らの物語が今後何世代にもわたって語り継がれるようにすることです。

「この部分は再現できますか?」

それが、マーク・ファザケリー氏が、沈没した船体から取り出した腐食して壊れた部品を調べながら尋ねた質問だった。それは一見単純な質問でした。なぜなら、これは単なる部品ではないし、単なるボートでもありませんでした。この船はベトナム戦争時のオリジナルのマーク I PBR (パトロールボート、リバライン) で、問題の部品は駆動システムの重要なコンポーネントである 60 年前のポンプ ハウジングでした。ポンプ ハウジングが故障したため、ボートはマスキーゴン湖に予期せず沈没してしまいました。

ファザケリー氏と PBR とのつながりは、専門的であると同時に非常に個人的なものでもあります。ベトナム戦争に従軍した海軍退役軍人である彼は、LSD（揚陸艦、ドック）作戦に配属される前に、PBR任務に割り当てられそうになった。彼の PBR への関心は、ベトナムの河川で奉仕した人々への永続的なつながりの感覚を反映しています。その中には、PBR に乗船したマスキーゴンの彼のコミュニティの友人もいます。マーク・ファザケリー氏にとって、PBR の復活は単なる修理プロジェクトではありませんでした。過去とその功績を称えるのが使命でした。

その呼びかけに応えるために、マスキーゴンに本拠を置く企業、Eagle Alloy と Eagle CNC が介入しました。両社は金属鋳造と機械加工の分野で長年のリーダーでした。 Mark Fazakerley 氏はたまたま Eagle Alloy の共同創設者であり、両社の取締役共同議長でもあるため、これはぴったりのつながりでした。その後、エンジニア、金属鋳造者、機械加工の専門家の間で数か月にわたる共同作業が行われ、それぞれの専門知識が発揮され、海軍の歴史の一部を復元することができました。その結果は単なる技術的な成功ではありませんでした。それは退役軍人への敬意であり、チームワークと共通の取り組みを通じて何が達成できるかを証明するものでした。

PBR の歴史的意義

河川哨戒艇はベトナム戦争を最も象徴する船舶の 1 つでした。彼らはブラウンウォーター海軍の一員として活動し、ベトナムの川とデルタ地帯の泥だらけの状況にちなんで名付けられました。これらのボートにはプロペラがなく、わずか 18 インチの水深でも航行できるため、従来の海軍艦艇では通れなかった浅く狭い内陸水路の哨戒に最適でした。

映画トリビア:「地獄の黙示録」で、ウィラード船長 (マーティン シーン) を上流に乗せたボートは PBR です。

PBR は 1966 年から 1973 年まで運用されました。小型で機敏で重武装なため、河川や運河での敵軍の偵察、敵の物資の阻止、偵察パトロールなどのリスクの高い任務を遂行しました。彼らはまた、敵領土で待ち伏せを実行する主要な船でもありました。乗組員は絶え間ない脅威と頻繁な砲撃の下で行動し、PBR任務は戦争中最も危険な任務の一つとなった。これらの船には約 3,500 人の船員が乗船し、見過ごされがちな戦場で命を危険にさらしました。

このプロジェクトの中心となる船は特別な歴史的価値を持っています。ベトナムで最初に使用されたモデルであるMark I PBRです。海軍によって建造された 161 隻のマーク I ボートのうち、これは #161 です。この種のボートとしては最後に製造されたもので、現在も運用されていることが知られている唯一のマーク I です。

「水順湾で進行中の PBR」、1966 年（国立公文書館）

船を放棄してください!沈みゆく挫折がチャンスとなる

マーク・ファザケリーの PBR はウィングス・オーバー・マスキーゴン航空ショーで何度か展示されており、戦没将兵追悼記念日にはUSS シルバーサイド潜水艦とともに退役軍人の日のイベントに参加しています。その活動は過去とのまれな実践的なつながりを提供し、ベトナム戦争に従軍した勇敢な人々の勇気と犠牲を生きた思い出として残します。

ミシガン州マスキーゴンの USS シルバーサイド潜水艦博物館に展示されている PBR #161

しかし、幸運なことに、戦争を生き延びても、平時の困難を免れることはできませんでした。航海中のはずだった船が突然沈没した。 PBR は定期的にマスキーゴン湖での乗船を行っていましたが、この日は船内で大きな騒音があり、その後何の前触れもなくボートが急速に水を飲み始めました。マーク自身の義理の息子を含む乗客は、ボートが下に沈むため、船から飛び降りなければなりませんでした。

4 分以内に PBR #161 は水深 53 フィートに沈みました。幸いなことに、近くの漁師らが乗客を救助し、負傷者は出なかった。 右:PBR #161 の乗客と乗組員を漁師が救出する。

マークさんは自分のボートを二度と見ることはできないだろうと思っていたが、ダイバーたちがボランティアとして協力し、回収気球を使ってボートを水面に引き上げた。ボートを検査した結果、故障の原因は明らかになりました。ポンプハウジングの一部が壊れていたのです。このコンポーネントは、水を汲み出し、ボートを推進する役割を担う部品を接続し、保護します。故障すると、システムは代わりに水を中に急速に送り込み始めました。 ボートはアウトではなく沈没してしまいます。

各 PBR にはこれらのハウジングが 2 つあり、推進システムの両側に 1 つずつあります。古さと材質の同一性を考慮して、両方を交換することが決定されました。しかし、障害がありました。オリジナルの部品はもう製造されておらず、海軍の余剰は数十年前に枯渇していました。そのとき創意工夫が始まり、Mark は友人たちの少しの助けを借りてその部分を再設計する機会を見つけました。

「鋳造工場や機械工場に直接アクセスできなかったら、この部品を再現することはできなかったでしょう。それがボートの機能的な使用の終わりになっていたでしょう。」とマークは言いました。

Eagle Alloy と Eagle CNC が挑戦しました。 Eagle Alloy の鋳造専門知識と Eagle CNC の精密機械加工を組み合わせることで、部品のリバース エンジニアリングに着手しました。これには、損傷したコンポーネントを分析してその構造と機能を理解し、さらに優れた性能と耐久性を得るために一から鋳造および機械加工することが含まれます。

共同プロセス:スキャンからキャストまで

作業に使用する青写真がないため、Eagle Alloy と Eagle CNC はコンセプトから完成まで緊密に連携し、慎重なデジタル再構築から始めて、最新の製造プロセスを段階的に進めていきました。

Eagle Alloy は金型の設計と鋳造の準備に重点を置き、一方、仕上げメーカーである Eagle CNC は、設計と最終製品が必要な仕様をすべて満たしていることを確認しました。両チームは同時に独立して作業し、高品質を確保し、製造上の問題を最小限に抑え、全体的な製造プロセスをよりスムーズにするために調整を維持しました。

以下は、ひび割れた PBR ポンプ ハウジングを交換するためにたどった経路の概要です。

3D スキャンと 3D モデルの作成

最初のステップは、3D スキャン技術を使用して元のポンプ ハウジングをスキャンすることでした。これにより、部品の表面と形状の詳細なデジタル画像が作成されました。 Haven Metrology がこのステップを担当し、元の部品の 3D スキャンと詳細な 3D モデルを Eagle Alloy と Eagle CNC に返送しました。これらは、鋳造用の金型を設計し、残りのプロセスを導くための出発点となりました。

金型設計と鋳造シミュレーション

Eagle Alloy は、金型の設計とデジタル環境での鋳造シミュレーションの実行を引き継ぎました。社内エンジニアは 3D モデリングと鋳造シミュレーション ソフトウェアを使用して鋳造計画を作成しました。

オリジナルのポンプ ハウジングは、非常に硬いが脆い材料である Ni-Hard 鉄で作られていました。破損した部品の分析により、広範囲にわたる内部微小亀裂が明らかになり、イーグル合金のエンジニアは、時間の経過による脆化が部品の破損につながる可能性が高いと結論付けました。ステンレス鋼に切り替えると、製品の性能が最大限に高まり、耐久性と極端な温度に対する耐性が得られます。しかし、最初に、Eagle Alloy は、代替材料を使用して部品を正常に製造できることを確信する必要がありました。

MAGMA ソフトウェアで実行される鋳造シミュレーションは、特に新しい部品には異なる材料が使用されるため、計画プロセスの重要な部分でした。 Eagle Alloy のエンジニアは、欠陥の可能性を最小限に抑えるために、金型のゲート システムと注入戦略を最適化する必要がありました。 右:断面を示すポンプ ハウジングのマグマ凝固シミュレーション (イーグル合金)。

「元の部品は鉄で作られており、鉄は鋼よりもはるかに良く流れます」とイーグル・アロイ社のエンジニアリング・マネージャー、ジェイソン・クライン氏は説明します。 「刃の深さはほぼ 1/8 インチなので、金属がそこまで届き、隅々まで十分に熱くなるようにする必要がありました。」

コンピューター支援設計 (CAD) から始まり、シミュレーションが続くこのプロセスは、製造のための設計 (DFM) と呼ばれるものの一部です。 DFM とは、性能だけでなく、効率的かつコスト効率よく生産できるように部品を設計することを意味します。これにより、エンジニアは早い段階で賢明な選択を行うことができるため、金属を流し込む前に最終部品を必要な仕様に合わせて自信を持って作成できます。

同時に、Eagle CNC は別の分析を行いました。同社のエンジニアは、2 つのオリジナルのポンプ ハウジングに多くの不一致があることに気づきましたが、過去 60 年間にわたる製造技術の進歩を考慮すると、これは必ずしも驚くべきことではありませんでした。 Eagle CNC は中道を選択し、新しいコンポーネントが最新の製造基準に従って一貫していることを確認するために公称測定値を確立しました。

両社は、金型とその結果として得られる鋳造部品に、Eagle CNC が重要な寸法を切り出すことができる十分な機械ストックが含まれていることを確認するために緊密にコミュニケーションを図りました。

さらに、Eagle CNC は真鍮のインサート (ポンプ ハウジングを貫通するシャフト ベアリング) を一から作成する作業に取り掛かりました。 「壊れたハウジングから元の部品を外科的に取り出すのに 2 時間以上かかりました。古い部品をハウジングから取り出したら、形状のリバース エンジニアリングに取り組みました」と Eagle CNC のプロセス エンジニアリング マネージャー、Brandon Mead 氏は振り返ります。

これらのインサートは後で最終的なポンプ ハウジングにねじ込まれ、タービン シャフトが回転してボートを推進できるようになります。

3D プリントと鋳造

新しいポンプ ハウジングの金型設計の準備が完了すると、3D プリント砂型を専門とするオハイオ州の Humtown Products によって物理的な金型が 3D プリントされました。 Eagle Alloy の主なプロセスはシェル成形ですが、3D プリント成形はプロトタイプや少量生産には優れたオプションです。

印刷後、ハムタウンは金属鋳物を流し込むために金型をイーグル合金に納品しました。 右:3 ピースのコアを金型 (イーグル合金) に組み立てるイーグル合金オペレーター。

キャストを正しく行うには数回の試行が必要でした。この部品の内部構造が複雑なため、適切に組み立てるために 2 ピースの金型から 3 ピースの金型に切り替える必要があり、そのために数回の再設計が必要でした。

課題にもかかわらず、迅速なフィードバックとハムタウンとの協力により迅速な調整が可能となり、チームは最終的に機能する金型設計に到達しました。その後、Eagle Alloy は鋳造工場での流し込みを完了し、鋳造部品は Eagle CNC に送られて仕事が完了しました。

Eagle CNC での機械加工

製造プロセスでは、CNC 機械加工は多くの場合最後のステップであり、最も重要なステップの 1 つです。ここで、すべての最終的な詳細が追加され、重要な公差が満たされ、部品を完成させるためにその他の調整が行われます。

機械加工チームはすでにモデルを研究し、機械加工プログラムを計画する機会がありましたが、実際の作業はイーグル合金から鋳物を受け取ったときに始まりました。彼らは、カスタム ツールをセットアップし、ワークピースを保持する治具を設計し、すべての部品が一緒にフィットし、計画どおりに機能することを確認するために、プロセス全体を通して細心の注意を払って測定しました。

このプロジェクトは非常に複雑で、資材や労働力の投資の面で多くのものがかかっていたため、Eagle CNC はエラーが許されないことを認識していました。ブランドン・ミードは、PBR とそれに従事した退役軍人の歴史に敬意を表するマスキーゴンを拠点とする非営利団体、オペレーション・ブラック・シープと緊密に連携しました。 Black Sheep は最近、独自の Mark II PBR を復元し、個々の部品がどのように組み合わされてボートが機能するかについて貴重な洞察を提供しました。また、Mark の PBR が稼働していない間は自社の倉庫に保管されており、検査のためにメーカーに簡単にアクセスできるようにしていました。

「私はこの部品とその応用を理解しようとしていました」とブランドン氏は語った。 「部品の穴を見るだけでは限界があり、それが何のためにあるのかを理解し、嵌合するコンポーネントを理解することが不可欠です。これにより、寸法、公差、クリアランス、さらには改善点が得られることもあります。」

左から右:イーグル合金の生鋳造。 Eagle CNC の治具の一部。 Eagle CNC での機械加工後の部品

ブランドンが Black Sheep を訪問して得た新しい知識に部分的に基づいて、Eagle CNC は当初の計画を何度も繰り返しました。彼らは、最初の部分の処理には 2 週間近くかかったと推定しています。 Eagle CNC 社長のジェイソン クラーク氏によると、第 2 部は約 4 時間かかったそうです。

Eagle CNC は部品の加工に多数の機械を利用しました。ポンプ ハウジングは、加工用部品を保持する 2 つの加工治具 (社内で特注) を使用して、Doosan 5500 横型フライス盤で加工されました。一方、部品のコアを通る真鍮インサートは、Mazak Multiplex 6200Y 横型旋盤を使用し、Eagle CNC によって設計された完全にカスタムの治具とプログラミングを使用してストックから機械加工されました。

コラボレーションのキーストーン パートナーとして、リバース エンジニアリングされたポンプ ハウジングに関する Eagle CNC の取り組みは、その幅広い機械加工スキルを示しました。

「私たちにはその能力があることを誰もが知っていました」とジェイソン・クラークは言いました。 「このようなものを使ってエンジニアリング部門を実際にテストして、製品や完成したソリューションが完成するのを確認できるのは素晴らしいことです。」

Eagle CNC プロセス エンジニアリング マネージャー、Brandon Mead 氏、両方の完成部品を持っている

左から右へ:オリジナルのポンプハウジング。再設計されたポンプハウジング

左から右へ:オリジナルのシャフトベアリング。再設計されたシャフトベアリング

共同製造は品質と効率の鍵です

このプロジェクトの最大の強みの 1 つは、イーグル グループ内の機械加工会社と鋳造会社とのコラボレーションでした。 Eagle CNC では在庫から部品を直接機械加工することもできましたが、その方法では材料が大量に消費され、コストがはるかに高かったでしょう。部品を鋳造してから機械加工することにより、プロジェクトの全体コストが数千ドル削減されました。ビレットのみから機械加工する場合の材料コストは、コストを 4 倍に増加させた可能性があります。

この種のコラボレーションは、複雑なコンポーネントに対する完全なソリューションを顧客に提供するという、Eagle グループのアプローチの特徴です。この場合、歴史的に重要な部分も復活させました。これは、単一チームだけでは達成できなかったことです。

Beyond the Metal:Eagle Group の PBR プロジェクトが表すもの

壊れたポンプハウジングを再設計するというアイデアが構想から完成するまでに 4 か月かかりました。新しいコンポーネントは現在完成しており、イーグル グループはボートを最高の状態にするためにいくつかの追加の修理に取り組んでいます。マーク・ファザケリーさんは、7 月 4 日までに船を水上に戻すことを望んでいます。

ベトナム戦争時代の多くの人にとって、PBR #161 は強力な象徴です。これは、歴史を保存し、物語を将来の世代に生かし続ける具体的な方法として機能します。

トップページのコラージュ:南ベトナム、ミトー川の PBR (パトロールボート、リバーライン)、1969 年 6 月 (国立公文書館)。 Eagle Alloy のオペレーターは、 ステンレス鋼をポンプ ハウジングの型に流し込みます